1、交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_2交流电机基本理论交流电机基本理论交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_3交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_4交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_5交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_6交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_7交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教
2、案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_8交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_9l交流电机的定义交流电机的定义 输入（或输出）为交流电能的旋转电机。输入（或输出）为交流电能的旋转电机。l交流电机分类交流电机分类 根据旋转磁场的转与和转子的转速是否相同分根据旋转磁场的转与和转子的转速是否相同分为同步电机和感应电机为同步电机和感应电机交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_10l认识两种交流电机的结构；认识两种交流电机的结构；l认识两种交流电机的电枢侧和励磁侧认识两种交流电机的电枢侧和励磁侧l认识
3、两种电机的励磁方式；认识两种电机的励磁方式；l认识两种电机的共同点和不同点；认识两种电机的共同点和不同点；交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_11交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_12交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_13交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_14交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_15交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，
4、太原工业学院自动化系温志明，wasxty_16一、同步电机的工作原理概述一、同步电机的工作原理概述 为了简明起见，定子上嵌放一组三相对称绕组：三相绕为了简明起见，定子上嵌放一组三相对称绕组：三相绕组匝数相等，空间位置差组匝数相等，空间位置差120度的电角度。度的电角度。转子上装有励磁绕组，通入直流，产生一对磁极。转子上装有励磁绕组，通入直流，产生一对磁极。原动机带动转子以恒定转速旋转，形成旋转磁场，其速原动机带动转子以恒定转速旋转，形成旋转磁场，其速度称为同步转速。度称为同步转速。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_17nIfAZBXCYNS交
5、流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_18 假设该磁场在假设该磁场在气隙中按正弦规气隙中按正弦规律分布，根据电律分布，根据电磁感应定律，定磁感应定律，定子绕组中的感应子绕组中的感应电动势也是正弦电动势也是正弦规律交变，时间规律交变，时间上相互差上相互差120度。度。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_19交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_20 如果在三相的出线端上接上三相对称负载，就会在三相如果在三相的出线端上接上三相对称负载，就会在三相绕组中流过
6、三相对称电流，输出电能。三相对称电流在磁绕组中流过三相对称电流，输出电能。三相对称电流在磁场中要产生电磁转矩，发电机状态下，电磁转矩的方向与场中要产生电磁转矩，发电机状态下，电磁转矩的方向与转子方向相反，原动机必须不断为转子提供机械转矩，才转子方向相反，原动机必须不断为转子提供机械转矩，才能维持电机的转速。能维持电机的转速。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_21二、异步电机的工作原理概述二、异步电机的工作原理概述 异步电机的定子结构与同步电机相似，由铁心和交流绕异步电机的定子结构与同步电机相似，由铁心和交流绕组构成。转子结构与同步电机不同，其
7、绕组是一个闭合的组构成。转子结构与同步电机不同，其绕组是一个闭合的交流绕组。有鼠笼式和绕线式两种。交流绕组。有鼠笼式和绕线式两种。当异步电机的定子三相对称绕组通入三相对称交流电时，当异步电机的定子三相对称绕组通入三相对称交流电时，会在气隙内产生一个旋转磁场。其旋转磁场的性质与同步会在气隙内产生一个旋转磁场。其旋转磁场的性质与同步电机旋转磁场的性质相同。同时交链定子和转子的绕组，电机旋转磁场的性质相同。同时交链定子和转子的绕组，且与转子的绕组之间有相对运动。会在闭合的导条内产生且与转子的绕组之间有相对运动。会在闭合的导条内产生感应电动势，形成感应感应电动势，形成感应交流电机基本理论交流电机基本理
8、论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_22电流，转子绕组的感应电流与气隙旋转磁场相互作用产生电电流，转子绕组的感应电流与气隙旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子转动。磁转矩，驱动转子转动。此时，如果在电动机轴上加上机械负载，电动机会带机此时，如果在电动机轴上加上机械负载，电动机会带机械负载转动，实现输出机械功率，这样电动机就能完成电能械负载转动，实现输出机械功率，这样电动机就能完成电能转换为机械能。转换为机械能。这种电机必须这种电机必须要求转子的导条和旋转磁场之间有相对运要求转子的导条和旋转磁场之间有相对运动动，即转子的转速和旋转磁场的转速不能相同，所以称其为，即转子的转速
9、和旋转磁场的转速不能相同，所以称其为异步电机。这种电机的关键在于转子一侧有感应电动势和感异步电机。这种电机的关键在于转子一侧有感应电动势和感应电流，使能量由静止部分传递到运动部分或有运动部分传应电流，使能量由静止部分传递到运动部分或有运动部分传递到静止部分。所以又成为递到静止部分。所以又成为感应电机感应电机。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_23 交流绕组是按一定规律排列和连接交流绕组是按一定规律排列和连接的线圈的总称：的线圈的总称：l交流绕组的作用和要求交流绕组的作用和要求l交流绕组的一组基本概念交流绕组的一组基本概念l交流绕组的排列方法交
10、流绕组的排列方法l举例举例交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_24作用：交流绕组是交流电机的电路作用：交流绕组是交流电机的电路;作为能量的输入作为能量的输入 （或输出）与能量交换的必备部件。（或输出）与能量交换的必备部件。要求：在铁心中均匀排列；每侧的绕组应该根据相要求：在铁心中均匀排列；每侧的绕组应该根据相 数均匀分配，而且要对称；绕阻铜耗小，用数均匀分配，而且要对称；绕阻铜耗小，用 铜量少；绝缘可靠，机械强度高，散热条件铜量少；绝缘可靠，机械强度高，散热条件 要好，制造方便要好，制造方便。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业
11、学院自动化系温志明，wasxty_25 1 1、极对数：指电机主磁极的对数，通常用、极对数：指电机主磁极的对数，通常用p p表示。表示。2 2、电角度：在电机理论中，我们把一对主磁极所占、电角度：在电机理论中，我们把一对主磁极所占 的空间距离，称为的空间距离，称为360360的空间电角度。的空间电角度。或者导或者导 体每转过一对磁极，电动势变化一个周期。体每转过一对磁极，电动势变化一个周期。3 3、机械角度：一个圆周真正的空间角度为机械角度、机械角度：一个圆周真正的空间角度为机械角度 360360。很明显，电角度。很明显，电角度=极对数极对数机械角度。机械角度。交流电机基本理论交流电机基本理论
12、电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_26 4 4、槽距角：相邻两槽间的距离用电角度表示，叫做槽距、槽距角：相邻两槽间的距离用电角度表示，叫做槽距 角，用角，用 表示。表示。5 5、极距：极距指电机一个主磁极在电枢表面所占的长度。、极距：极距指电机一个主磁极在电枢表面所占的长度。或者是相邻两磁极对应位置两点之间的圆周距离称为或者是相邻两磁极对应位置两点之间的圆周距离称为 极距。其表示方法很多，一是用定子的内圆或转子的极距。其表示方法很多，一是用定子的内圆或转子的 外圆的弧长。外圆的弧长。二是用每极所对应的槽数。二是用每极所对应的槽数。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，
13、太原工业学院自动化系温志明，wasxty_27交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_28pZ2pD26 6、每极每相槽数：在交流电机中，每极每相占有的平均、每极每相槽数：在交流电机中，每极每相占有的平均槽数槽数q q是一个重要的参数，如电机槽数为是一个重要的参数，如电机槽数为Z Z，极对数为，极对数为p p，相数为相数为m m。则得：。则得：pmZq2交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_29q=1q=1的绕组称为集中绕组，的绕组称为集中绕组，q1q1的绕组称为分布绕组。的绕组称为分布绕组。q q为
14、整数称为整数槽绕组；为整数称为整数槽绕组；q q为分数称为分数槽绕组。为分数称为分数槽绕组。一般普遍采用整数槽分布绕组。一般普遍采用整数槽分布绕组。7 7、节距：线圈两边所跨定子圆周上的距离，用、节距：线圈两边所跨定子圆周上的距离，用y y表表示，示，y y应接近极距应接近极距长距长距短距短距整距整距 y交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_308 8、相带：每极面下每相绕组占有的范围称为相带，一般用、相带：每极面下每相绕组占有的范围称为相带，一般用 电角度表示。电角度表示。方法一方法一：在每个极面下均匀分成三个相等范围，每个相：在每个极面下均匀
15、分成三个相等范围，每个相带占有带占有6060度电角度。度电角度。方法二方法二：把每对极面所占范围均匀分为三等份，每个相：把每对极面所占范围均匀分为三等份，每个相带占有带占有120120度电角度。度电角度。一般采用一般采用6060度相带绕组。度相带绕组。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_31交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_32交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_33解：首先计算每极每相槽数、槽距角和相带。参考解：首先计算每极每相槽数、槽距角和
16、相带。参考上面的槽电动势星形图，根据交流电机的基本要求，上面的槽电动势星形图，根据交流电机的基本要求，列出各槽号的分配表。列出各槽号的分配表。先计算槽距角：先计算槽距角：00030243602360Zp 交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_34 设同步电机的转子磁极磁场的磁通密度沿电设同步电机的转子磁极磁场的磁通密度沿电机气隙按正弦规律分布，则当电机转子逆时针旋机气隙按正弦规律分布，则当电机转子逆时针旋转时，均匀分布在定子圆周上的导体切割磁力转时，均匀分布在定子圆周上的导体切割磁力线，感应出电动势。线，感应出电动势。由于各槽导体在空间电角度上彼
17、此相差一个由于各槽导体在空间电角度上彼此相差一个槽距角槽距角，因此导体切割磁场有先有后，各槽导，因此导体切割磁场有先有后，各槽导体感应电动势彼此之间存在着相位差，其大小等体感应电动势彼此之间存在着相位差，其大小等于槽距角于槽距角。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_35 极对极对相相 带带 A Z B X C Y第一对极第一对极 1 23 45 67 89 1011 12第二对极第二对极13 1415 1617 1819 20 21 22 23 24交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_36 从表
18、中可以看出：属于从表中可以看出：属于A A相的共有相的共有8 8各槽，按电动各槽，按电动势相加原则构成线圈，再将一个极面下势相加原则构成线圈，再将一个极面下q q各线圈串联各线圈串联起来，构成一个线圈组，称为极相组。起来，构成一个线圈组，称为极相组。本例中两个线圈组成一个线圈组，每相有本例中两个线圈组成一个线圈组，每相有p p个线个线圈组，本例圈组，本例p=2p=2，它们之间可以串联或并联，形成不，它们之间可以串联或并联，形成不同的并联支路数。同的并联支路数。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_37交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太
19、原工业学院自动化系温志明，wasxty_38从槽电动势星形图上我们可以看出：从槽电动势星形图上我们可以看出：槽电动势星形图的一个圆周的距离使用电角度槽电动势星形图的一个圆周的距离使用电角度36003600，即一对磁极的距离。所以，即一对磁极的距离。所以，1 11313号相量和号相量和12122424重合。重合。一般来说一般来说,当用相量表示各槽的导体的感应电当用相量表示各槽的导体的感应电动势时，由于一对磁极下有动势时，由于一对磁极下有Z/PZ/P个槽，因此一对磁个槽，因此一对磁极下的极下的Z/PZ/P个槽电动势相量均匀分布在个槽电动势相量均匀分布在36003600的范围的范围内，构成一个电动势
20、星形图。内，构成一个电动势星形图。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_39 交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_40交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_41交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_42交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_43交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_44交流电机基本理论交流电机
21、基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_45对于对于q较大的小型交流电机。如：较大的小型交流电机。如：Z=24,p=1,m=3,求出求出q、。A相线圈为相线圈为1-12，2-11；13-24，14-23两组线圈，均为一大一小组成一个同心式线圈组，两组线圈，均为一大一小组成一个同心式线圈组，然后把两个线圈组反向串联，保证电动势相加。然后把两个线圈组反向串联，保证电动势相加。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_46交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_471.正弦分布正弦分布的气
22、隙磁场的气隙磁场2.一根导体的感应电动势一根导体的感应电动势3.单匝整距线圈的感应电动势单匝整距线圈的感应电动势4.一个一个整距线圈整距线圈的感应电动势（的感应电动势（Nc匝）匝）5.一个一个短距线圈短距线圈的感应电动势（的感应电动势（y1）6.一个短距一个短距线圈组线圈组的感应电动势（的感应电动势（q个线圈）个线圈）7.一相绕组一相绕组的感应电动势（的感应电动势（2p个线圈组）个线圈组）8.三相绕组三相绕组的感应电动势的感应电动势重点，记忆重点，记忆交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_48两极同步两极同步发电机模型发电机模型交流电机基本理论交
23、流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_49Ot360180e12/sin2sin11111lvBEtEblveBb其中：其中：交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_50Ot360180e1f 2电角频率：电角频率：60pnf min)/(rnp转速转速极对数；极对数；其中：其中：极对数极对数123同步转速同步转速300015001000f=50Hz交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_51Ot360180e12/11lvBE pDnDv260 ，1122.2fE1012
24、sin1BdBBav lBav 1bO2B1Bav交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_52E”11122.2fEy1=E”1E1E1-E”1Ec1NS11112 EEEEc一个整距线圈如果有一个整距线圈如果有Nc匝：匝：1144.4ccfNE11144.42fEEc交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_53E”11122.2fEy1E”1E1E1NS111 EEEc一个一个短距短距线圈如果有线圈如果有Nc匝：匝：11144.4pcckfNE11111144.490sin2pcckfEyEE-E”1
25、Ec11801 y，190sin11 ykp基波节距因数基波节距因数pitch factor交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_54集中线圈集中线圈q个线圈个线圈11cqqEE分布线圈分布线圈q个线圈个线圈111dcqkqEE1cE2cE3cE1cE2cE3cE1qE集中线圈集中线圈分布线圈分布线圈交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_5512sin2sin1 qqkd基波分布因数基波分布因数distribution factor11111144.4dpcdcqkkfqNkqEE1144.4Ncq
26、kfqNE1111dpwkkk基波绕组因数基波绕组因数winding factor1cE2cE3cE1qE交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_561144.4NcqkfqNE一个线圈组有一个线圈组有qNqNC C匝：匝：一相绕组每支路有一相绕组每支路有N N匝：匝：l双层绕组：双层绕组：N=2pqNC/al单层绕组：单层绕组：N=pqNC/a交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_57三角形联结：三角形联结：11 EEl星形联结：星形联结：113 EEl交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太
27、原工业学院自动化系温志明，wasxty_58变压器相电动势：变压器相电动势：mfNE1144.4 1144.4NfNkE 交流电机相电动势：交流电机相电动势：符号符号含义含义符号符号含义含义变压器变压器N1一相绕组的一相绕组的实际实际匝数匝数m主磁通主磁通幅值幅值交流电机交流电机NkN一相绕组的一相绕组的等效等效匝数匝数1每极每极磁通量磁通量交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_59l高次谐波电动势的计算高次谐波电动势的计算l高次谐波电动势的危害高次谐波电动势的危害l高次谐波电动势的抑制高次谐波电动势的抑制交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教
28、案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_60bOb1bb3b5lB 2,snnpp ,160fnpf NNkfE44.4 dpNkkk2sin2sin,qqkd90sin,1 ykp交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_61252321 EEEE相电动势：相电动势：线电动势：线电动势：连接：连接：272521 EEEEl连接：连接：2725213 EEEEl333ZIE abcEa3Eb3Ec3I3交流发电机一般采用交流发电机一般采用交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_62%10012725
29、23EEEEKV交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_63在输电线路上，在输电线路上，通信设备不能正常工作。通信设备不能正常工作。异步电机中异步电机中5 5、输电线路自身有电感和电容，在某一高频条件、输电线路自身有电感和电容，在某一高频条件下，将产生自激振荡而产生下，将产生自激振荡而产生过电压过电压。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_641 1、选用短距绕组、选用短距绕组2 2、采用分布绕组、采用分布绕组3 3、减小谐波磁场的幅值（改善主极极靴外形）、减小谐波磁场的幅值（改善主极极靴外形）4 4
30、、三的倍数磁谐波的消除；、三的倍数磁谐波的消除；5 5、改善发电机改善发电机设计方案设计方案，使磁极磁场沿电枢，使磁极磁场沿电枢表面尽量呈正弦波规律分布；表面尽量呈正弦波规律分布；交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_65 当接成星形时当接成星形时：由于对称三相系统中三次谐波在时间上：由于对称三相系统中三次谐波在时间上均为同相位，且大小相等，接成星形时，相互抵消。所以均为同相位，且大小相等，接成星形时，相互抵消。所以不存在三次谐波电势，不存在三次谐波电势，同理也不存在三的倍数次的谐波。同理也不存在三的倍数次的谐波。当接成角形时当接成角形时：同相的
31、三次谐波电势之和将在闭合的三角：同相的三次谐波电势之和将在闭合的三角形连接回路中产生环流。三次谐波电势正好等于三次谐波形连接回路中产生环流。三次谐波电势正好等于三次谐波环流所引起的阻抗压降，所以线电压中不存在三次谐波分环流所引起的阻抗压降，所以线电压中不存在三次谐波分量。但三次谐波环流引起的附加损耗，使电机效率降低，量。但三次谐波环流引起的附加损耗，使电机效率降低，温升增加，所以现代同步发电机一般采用星形连接。温升增加，所以现代同步发电机一般采用星形连接。交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_66y1=y1=4/55次谐波电动势最大次谐波电动势最
32、大5次谐波电动势为零次谐波电动势为零交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_67次谐波电动势。次谐波电动势。可以完全消除可以完全消除令：令：090sin1ykp111y05451 Ey时：时：当当07671 Ey时：时：当当为了同时兼顾削弱为了同时兼顾削弱5次和次和7次谐波电动势，一般取：次谐波电动势，一般取：y15/6交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_68kpy1/18/95/64/5110.9850.9660.951510.6430.25907-1-0.3420.2590.588交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_69kdq1234110.9660.960.958510.2590.2170.20571-0.259-0.177-0.158交流电机基本理论交流电机基本理论电机学教案，太原工业学院自动化系温志明，wasxty_70
